DE102022200043A1 - Safety device for a circuit - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitseinrichtung (10) für einen Stromkreis (16), insbesondere für einen Stromkreis (16) in einem Fahrzeug, mit einer Batterie (12) und zumindest einem Verbraucher (14), wobei die Sicherheitseinrichtung (10) im Stromkreis (16) angeordnet werden kann und die Batterie (12) vom Stromkreis (16) trennen kann, mit zumindest einer Schaltvorrichtung (40, 42, 44) zum Unterbrechen des Stromkreises (16), einer Trennvorrichtung (46) zur Unterbrechung des Stromkreises (16) und einer Steuervorrichtung (36) zur Überwachung des Stromkreises (16) und zur Steuerung der zumindest einen Schaltvorrichtung (40, 42, 44) und der Trennvorrichtung (46). Die Schaltvorrichtung (40, 42, 44) weisen jeweils zumindest ein Halbleiterrelais (40a, 40b, 42a, 42b, 44a, 44b) auf.The invention relates to a safety device (10) for an electrical circuit (16), in particular for an electrical circuit (16) in a vehicle, with a battery (12) and at least one consumer (14), the safety device (10) in the electrical circuit (16 ) can be arranged and the battery (12) can be separated from the circuit (16), with at least one switching device (40, 42, 44) for interrupting the circuit (16), a disconnecting device (46) for interrupting the circuit (16) and a control device (36) for monitoring the electric circuit (16) and for controlling the at least one switching device (40, 42, 44) and the disconnecting device (46). The switching devices (40, 42, 44) each have at least one semiconductor relay (40a, 40b, 42a, 42b, 44a, 44b).

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitseinrichtung für einen Stromkreis in einem Fahrzeug.The invention relates to a safety device for an electrical circuit in a vehicle.

In Fahrzeugen, insbesondere in Elektrofahrzeugen, kommen Batterien mit hohen Spannungen zum Einsatz. Die Batterien führen hierbei konstant eine Spannung und lassen sich nicht ausschalten. Bei einer Fehlfunktion oder einem Schaden der Batterie oder des Stromkreises muss deshalb eine zuverlässige Trennung der Batterien vom übrigen Stromkreis sichergestellt sein, um den Stromkreis und die Fahrzeuginsassen vor Schäden und/oder Verletzungen zu schützen. Üblicherweise ist hierfür eine Sicherheitseinrichtung vorgesehen, die zwischen der Batterie und dem übrigen Stromkreis angeordnet ist. Die Sicherheitseinrichtung weist zumindest eine Vorrichtung zum Trennen einer elektrischen Verbindung zwischen der Batterie und dem Stromkreis auf.Batteries with high voltages are used in vehicles, especially in electric vehicles. The batteries carry a constant voltage and cannot be switched off. In the event of a malfunction or damage to the battery or the electrical circuit, reliable isolation of the batteries from the rest of the electrical circuit must therefore be ensured in order to protect the electrical circuit and the vehicle occupants from damage and/or injuries. A safety device is usually provided for this purpose, which is arranged between the battery and the rest of the circuit. The safety device has at least one device for separating an electrical connection between the battery and the circuit.

Diese Sicherheitseinrichtungen müssen sehr zuverlässig funktionieren, um eine sichere Trennung der Batterie vom Stromkreis zu gewährleisten. Des Weiteren sollen solche Sicherheitseinrichtung möglichst kompakt ausgebildet sein, um die Sicherheitseinrichtung möglichst flexibel im Fahrzeug verbauen zu können.These safety devices must function very reliably in order to ensure that the battery is safely isolated from the circuit. Furthermore, such safety devices should be designed to be as compact as possible in order to be able to install the safety device in the vehicle as flexibly as possible.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Sicherheitseinrichtung für einen Stromkreis in einem Fahrzeug bereitzustellen, die eine Batterie zuverlässig vom Stromkreis des Fahrzeugs trennen kann, wobei die Sicherheitseinrichtung einen möglichst kleinen Bauraum aufweisen soll.The object of the invention is to provide a safety device for an electrical circuit in a vehicle that can reliably separate a battery from the electrical circuit of the vehicle, with the safety device having the smallest possible installation space.

Zur Lösung der Aufgabe ist eine Sicherheitseinrichtung für einen Stromkreis vorgesehen, insbesondere für einen Stromkreis in einem Fahrzeug, mit einer Batterie und zumindest einem Verbraucher, wobei die Sicherheitseinrichtung im Stromkreis angeordnet werden kann und die Batterie vom Stromkreis trennen kann. Die Sicherheitseinrichtung weist zumindest eine Schaltvorrichtung zum Unterbrechen des Stromkreises, eine Trennvorrichtung zur Unterbrechung des Stromkreises sowie eine Steuereinrichtung zur Überwachung des Stromkreislaufes und zur Steuerung der zumindest einen Schaltvorrichtung und der Trennvorrichtung auf. Die zumindest eine Schaltvorrichtung weist zumindest ein Halbleiterrelais auf.To solve the problem, a safety device is provided for an electric circuit, in particular for an electric circuit in a vehicle, with a battery and at least one consumer, the safety device being able to be arranged in the electric circuit and the battery being able to be disconnected from the electric circuit. The safety device has at least one switching device for interrupting the circuit, a disconnecting device for disconnecting the circuit and a control device for monitoring the circuit and for controlling the at least one switching device and the disconnecting device. The at least one switching device has at least one semiconductor relay.

Üblicherweise steuert die Steuerung die zumindest eine Schaltvorrichtung zum Trennen der Batterie vom Stromkreis an. Sollte eine Fehlfunktion der Schaltvorrichtung vorliegen oder eine zusätzliche Trennung des Stromkreises von der Batterie erforderlich sein, kann die Trennvorrichtung aktiviert werden. Als Schaltvorrichtung werden im Stand der Technik üblicherweise sogenannte Schütze, also elektrische oder elektromagnetische Schalter verwendet, die den Stromkreis unterbrechen können oder eine Verbindung herstellen können. Diese weisen aber einen relativ großen Bauraum auf. Zudem sind diese Schalter relativ empfindlich gegen mechanische Belastung, beispielsweise Stöße, Vibrationen oder Lageänderungen.Usually, the controller controls the at least one switching device to disconnect the battery from the circuit. Should there be a malfunction in the switching device or additional disconnection of the circuit from the battery is required, the disconnect device can be activated. In the prior art, so-called contactors, ie electrical or electromagnetic switches, which can interrupt the circuit or establish a connection, are usually used as the switching device. However, these have a relatively large installation space. In addition, these switches are relatively sensitive to mechanical stress, such as impacts, vibrations or changes in position.

Halbleiterrelais weisen einen wesentlich geringeren Bauraum auf und sind mechanisch unempfindlicher. Die vorstehend beschriebene Sicherungseinrichtung ist somit wesentlich kleiner und unempfindlicher gegen mechanische Belastungen. Dadurch lässt sich die Sicherungseinrichtung wesentlich flexibler im Fahrzeug verbauen.Semiconductor relays have a much smaller installation space and are mechanically less sensitive. The security device described above is therefore much smaller and less sensitive to mechanical loads. As a result, the safety device can be installed much more flexibly in the vehicle.

Die Sicherheitseinrichtung muss eine zuverlässige Trennung der Batterie vom Stromkreis gewährleisten. Beispielsweise weist die Sicherheitseinrichtung einen ersten Strompfad auf, der einen ersten Anschluss für einen ersten Batteriepol der Batterie und einen ersten Kontakt für den zumindest einen Verbraucher aufweist, wobei eine erste Schaltvorrichtung im ersten Strompfad vorgesehen ist. Durch die Schaltvorrichtung kann dieser Strompfad unmittelbar vom Stromkreis getrennt werden.The safety device must ensure that the battery is reliably isolated from the circuit. For example, the safety device has a first current path, which has a first connection for a first battery pole of the battery and a first contact for the at least one consumer, with a first switching device being provided in the first current path. This current path can be separated directly from the circuit by the switching device.

Vorzugsweise weist die Sicherheitseinrichtung zusätzlich einen zweiten Strompfad auf, der einen zweiten Anschluss für einen zweiten Batteriepol der Batterie und einen zweiten Kontakt für den zumindest einen Verbraucher aufweist, wobei der zweite Schaltvorrichtung im zweiten Strompfad vorgesehen ist. Durch die Sicherheitseinrichtung werden somit beide Pole der Batterie vom Stromkreis getrennt, sodass eine vollständige Trennung der Batterie vom Stromkreis gewährleistet ist.The safety device preferably also has a second current path, which has a second connection for a second battery pole of the battery and a second contact for the at least one consumer, the second switching device being provided in the second current path. The safety device thus disconnects both poles of the battery from the circuit, so that the battery is completely disconnected from the circuit.

Die Ladeströme beim Aufladen der Batterie weisen üblicherweise eine andere Charakteristik auf als die Ströme, die im regulären Betrieb des Fahrzeugs fließen. Aus diesem Grund weist die Sicherheitseinrichtung vorzugsweise am ersten Strompfad oder am zweiten Strompfad ein dritter Strompfad für einen Ladestrom auf, wobei eine dritte Schaltvorrichtung im dritten Strompfad vorgesehen ist. Fließt ein Ladestrom, ist es lediglich erforderlich, die Ladestromquelle von der Fahrzeugbatterie zu trennen. Dies kann durch die dritte Schaltvorrichtung erfolgen, so dass der übrige Stromkreis mit der Batterie verbunden bleiben kann. Die dritte Schaltvorrichtung und/oder dessen Steuerung ist beispielsweise auf die Charakteristik des Ladestroms ausgelegt bzw. dimensioniert, wobei die Dimensionierung von der ersten Schaltvorrichtung und der zweiten Schaltvorrichtung bzw. deren Steuerung abweichen kann.The charging currents when charging the battery usually have different characteristics than the currents that flow during regular vehicle operation. For this reason, the safety device preferably has a third current path for a charging current on the first current path or on the second current path, with a third switching device being provided in the third current path. If a charging current flows, it is only necessary to disconnect the charging current source from the vehicle battery. This can be done by the third switching device so that the rest of the circuit can remain connected to the battery. The third switching device and/or its controller is designed or dimensioned, for example, for the characteristics of the charging current, it being possible for the dimensioning of the first switching device and the second switching device or their controller to differ.

Für eine ausreichende Funktion der Sicherheitseinrichtung ist es erforderlich, wenn jeder Schaltvorrichtung ein Halbleiterrelais aufweist, dass für die vorherrschende Stromrichtung ausgelegt ist. Dadurch können zudem die Widerstände bzw. Verluste durch die Halbleiterrelais minimiert werden. Um eine zusätzliche Sicherheit zu gewährleisten, weist vorzugsweise zumindest eine Schaltvorrichtung, insbesondere alle Schaltvorrichtungen, zwei Halbleiterrelais auf. Die paarweise angeordneten Halbleiterrelais sind so angeordnet, dass jeweils ein Halbleiterrelais für jede Stromrichtung ausgelegt ist. Somit können die Batterie und der Stromkreis unabhängig von der Stromrichtung zuverlässig voneinander getrennt werden.For the safety device to function adequately, each Switching device has a semiconductor relay that is designed for the prevailing current direction. In this way, the resistances or losses due to the semiconductor relays can also be minimized. In order to ensure additional safety, at least one switching device, in particular all switching devices, preferably has two semiconductor relays. The paired semiconductor relays are arranged in such a way that one semiconductor relay is designed for each current direction. Thus, the battery and the circuit can be reliably separated from each other regardless of the current direction.

Beispielsweise weist zumindest ein Halbleiterrelais einen Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor auf.For example, at least one semiconductor relay has a metal-oxide-semiconductor field effect transistor.

Alternativ können die Halbleiterrelais auch einen Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode aufweisen.Alternatively, the semiconductor relays can also have a bipolar transistor with an insulated gate electrode.

Die Trennvorrichtung weist vorzugsweise ein anderes Funktionsprinzip auf und dient als zusätzliche Sicherheitseinrichtung, falls die Schaltvorrichtungen defekt sein sollten, eine Fehlfunktion aufweisen oder aus andere Gründen keine vollständige Trennung der Batterie vom Stromkreis erfolgen sollte. Beispielsweise ist die Trennvorrichtung eine pyrotechnische Trennvorrichtung, durch die der Stromkreis dauerhaft unterbrochen wird. Dadurch ist eine zusätzliche Sicherheit gewährleistet, da eine zuverlässige Trennung der Batterie und des Stromkreises sichergestellt ist.The disconnecting device preferably has a different functional principle and serves as an additional safety device if the switching devices should be defective, have a malfunction or should the battery not be completely disconnected from the circuit for other reasons. For example, the disconnecting device is a pyrotechnic disconnecting device that permanently breaks the circuit. This ensures additional safety, as reliable separation of the battery and the circuit is ensured.

Vorzugsweise sind eine Strommesseinrichtung und/oder eine Spannungsmesseinrichtung vorgesehen, wobei die Strommessvorrichtungen und/oder die Spannungsmessvorrichtung mit der Steuereinrichtung verbunden sind. Die Strommesseinrichtung und/oder die Spannungsmesseinrichtung können beispielsweise verwendet werden, um zu prüfen, ob die Batterie vom Stromkreis getrennt wurde. Detektiert die Strommesseinrichtung und/oder die Spannungsmesseinrichtung nach dem Trennen der Batterie vom Stromkreis durch die zumindest eine Schaltvorrichtung weiterhin einen Strom, kann beispielsweise die Trennvorrichtung ausgelöst werden.A current measuring device and/or a voltage measuring device are preferably provided, with the current measuring devices and/or the voltage measuring device being connected to the control device. The current measuring device and/or the voltage measuring device can be used, for example, to check whether the battery has been disconnected from the circuit. If the current measuring device and/or the voltage measuring device continues to detect a current after the battery has been disconnected from the circuit by the at least one switching device, the disconnecting device can be triggered, for example.

Vorzugsweise ist die gesamte Sicherheitseinrichtung in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet, sodass eine kompakte Baugruppe bereitgestellt werden kann, durch die ein geringerer Montageaufwand entsteht.The entire safety device is preferably arranged in a common housing, so that a compact assembly can be provided, which results in less assembly effort.

Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:

  • 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung; und
  • 2 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung.
Further advantages and features emerge from the following description in conjunction with the attached drawings. In these show:
  • 1 a first embodiment of a safety device according to the invention; and
  • 2 a second embodiment of a safety device according to the invention.

In 1 ist eine Sicherheitseinrichtung 10 für ein Fahrzeug gezeigt. Sicherheitseinrichtung 10 wird elektrisch zwischen der Fahrzeugbatterie 12 und Verbrauchern 14 des Fahrzeugs im Stromkreis 16 angeordnet. Aufgabe der Sicherheitseinrichtung 10 ist es, bei Bedarf die Batterie 12 zuverlässig vom Stromkreis 16 bzw. von den Verbrauchern 14 zu trennen, beispielsweise um bei Isolationsfehlern oder bei Unfällen Verletzungen der Fahrzeuginsassen/oder Schäden am Fahrzeug zu vermeiden. Die Sicherheitseinrichtung 10 ist beispielsweise unmittelbar an der Batterie 12 angeordnet, um bei einer Trennung der Batterie 12 vom Stromkreis 16 die Batterie 12 vollständig von anderen Bauteilen des Fahrzeugs trennen.In 1 a safety device 10 for a vehicle is shown. Safety device 10 is arranged electrically between the vehicle battery 12 and consumers 14 of the vehicle in the circuit 16 . The task of the safety device 10 is to reliably separate the battery 12 from the circuit 16 or from the consumers 14 if necessary, for example in order to prevent injuries to the vehicle occupants or damage to the vehicle in the event of insulation faults or accidents. The safety device 10 is arranged directly on the battery 12, for example, in order to completely separate the battery 12 from other components of the vehicle when the battery 12 is disconnected from the circuit 16.

Die Sicherheitseinrichtung 10 weist einen ersten Strompfad 18 auf, der einen ersten Anschluss 20 für einen ersten Batteriepol 22 aufweist sowie einen ersten Kontakt 24 zu Kontaktierung mit dem Stromkreis 16.des Weiteren ist ein zweiter Strompfad 26 vorgesehen, mit einem zweiten Anschluss 28 für einen den zweiten Pol 30 der Batterie 12 sowie einem zweiten Kontakt 32 für den Stromkreis 16.The safety device 10 has a first current path 18, which has a first connection 20 for a first battery pole 22 and a first contact 24 for contacting the circuit 16. Furthermore, a second current path 26 is provided, with a second connection 28 for a den second pole 30 of the battery 12 and a second contact 32 for the circuit 16.

Am zweiten Strompfad 26 zweigt an zwei Anschlusspunkten 33 ein dritter Stromkreis 34 ab, über den eine Vorladung der Kapazitäten Des Stromkreises 16 erfolgen kann, bevor der zweite Strompfad 26 geschlossen wird. Dadurch werden hohe Stromspitzen im Stromkreis 16 vermieden .On the second current path 26, a third circuit 34 branches off at two connection points 33, via which the capacitances of the current circuit 16 can be precharged before the second current path 26 is closed. This avoids high current peaks in the circuit 16 .

Die Sicherheitseinrichtung 10 weist des Weiteren eine Steuervorrichtung 36 sowie eine am zweiten Strompfad 26 vorgesehene Messeinrichtung 38 zur Erfassung von Batterieparametern auf, beispielsweise eine Spannungsmesseinrichtung und/oder eine Strommesseinrichtung.The safety device 10 also has a control device 36 and a measuring device 38 provided on the second current path 26 for detecting battery parameters, for example a voltage measuring device and/or a current measuring device.

Die Sicherheitseinrichtung 10 weist im ersten Strompfad 18 eine erste Schaltvorrichtung 40 auf, die durch zwei erste Halbleiterrelais 40a, 40b gebildet ist. Die Halbleiterrelais 40a, 40b sind bezüglich der Stromrichtung vom ersten Anschluss 20 zum ersten Kontakt 24 entgegengesetzt ausgerichtet. Beide Halbleiterrelais 40a, 40b sind mit der Messvorrichtung 38 bzw. der Steuervorrichtung 36 verbunden.In the first current path 18, the safety device 10 has a first switching device 40, which is formed by two first semiconductor relays 40a, 40b. The semiconductor relays 40a, 40b are aligned in opposite directions with respect to the current direction from the first terminal 20 to the first contact 24. Both semiconductor relays 40a, 40b are connected to the measuring device 38 and the control device 36, respectively.

Im zweiten Strompfad 26 ist eine zweite Schaltvorrichtung 42 mit zwei Halbleiterrelais des 42a, 42b vorgesehen, die bezüglich der Stromrichtung vom zweiten Anschluss 28 zum zweiten Kontakt 32 ebenfalls entgegengesetzt ausgerichtet sind. Wie in 1 zu sehen ist, ist die zweite Schaltvorrichtung 42 zwischen den Anschlusspunkten 33 für den dritten Strompfad 34 vorgesehen.A second switching device 42 with two semiconductor relays 42a, 42b is provided in the second current path 26, which are also aligned in opposite directions with respect to the current direction from the second connection 28 to the second contact 32. As in 1 seen is the second switching device 42 between the connection points 33 for the third current path 34 is provided.

Eine dritte Schaltvorrichtung 44 mit zwei Halbleiterrelais sind 44a, 44b ist im dritten Strompfad 34 gesehen, wobei auch diese Halbleiterrelais des 44a, 44b bezüglich der Stromrichtung entgegengesetzt angeordnet sind.A third switching device 44 with two semiconductor relays 44a, 44b is seen in the third current path 34, these semiconductor relays 44a, 44b also being arranged oppositely with respect to the current direction.

Im ersten Strompfad ist des Weiteren eine Trennvorrichtung 46 vorgesehen, die durch eine pyrotechnische Sicherung gebildet ist.Also provided in the first current path is a disconnecting device 46 which is formed by a pyrotechnical fuse.

Die Schaltvorrichtungen 40, 42, 44 sowie die Trennvorrichtung 46 sind über Signalleitungen 48, 50, 52, 54 mit der Steuervorrichtung 36 verbunden, wobei die Signalleitungen 48, 50, 52, 54 in der hier gezeigten Ausführungsform über die Messvorrichtung 38 verlaufen. Es ist aber auch möglich, dass die Schaltvorrichtungen 40, 42, 44 sowie die Trennvorrichtung 46 direkt mit der Steuervorrichtung 36 verbunden sind.The switching devices 40, 42, 44 and the separating device 46 are connected to the control device 36 via signal lines 48, 50, 52, 54, with the signal lines 48, 50, 52, 54 running via the measuring device 38 in the embodiment shown here. However, it is also possible for the switching devices 40 , 42 , 44 and the separating device 46 to be connected directly to the control device 36 .

Die Messvorrichtung 38 ist über weitere Signalleitungen 56, 58, 60 ,62 mit dem ersten Strompfad 18, den zweiten Strompfad 26 sowie dem dritten Strompfad 34 verbunden.The measuring device 38 is connected to the first current path 18, the second current path 26 and the third current path 34 via further signal lines 56, 58, 60, 62.

Die Messvorrichtung 38 ist des Weiteren mit der Steuervorrichtung 36. Die Steuerung 30 weist eine Kommunikationseinrichtung 60 zu Kommunikation mit einer Fahrzeugelektronik auf.The measuring device 38 is also connected to the control device 36. The control 30 has a communication device 60 for communication with vehicle electronics.

Die Schaltvorrichtungen 40, 42, 44, die Trennvorrichtung 46 sowie die Messvorrichtung 38 können in einem separaten Gehäuse 66 angeordnet sein. Insbesondere kann dieses Gehäuse 66 eine galvanische Trennung aufweisen, um einen Spannungsüberschlag von den Strompfaden 18, 26, 34 auf die Steuerung 38 oder andere Fahrzeugteile zu verhindern. Da die Halbleiterrelais 40a, 40b, 42a, 42b, 44a, 44b nur einen sehr geringen Bauraum benötigen, können diese platzsparend in einem Gehäuse 66 angeordnet werden.The switching devices 40, 42, 44, the separating device 46 and the measuring device 38 can be arranged in a separate housing 66. In particular, this housing 66 can have a galvanic isolation in order to prevent a voltage flashover from the current paths 18, 26, 34 to the controller 38 or other vehicle parts. Since the semiconductor relays 40a, 40b, 42a, 42b, 44a, 44b require only a very small amount of space, they can be arranged in a housing 66 to save space.

Ist eine Trennung der Batterie 12 Stromkreis 16 erwünscht, werden über die Steuerung zunächst die Schaltvorrichtungen 40, 42, 44 angesteuert, so dass die Halbleiterrelais 40a, 40b, 42a, 42b, 44a, 44b den jeweiligen Strompfad 18, 26, 34 unterbrechen. Die Ansteuerung der Schaltvorrichtungen 40, 42, 44 kann hierbei in Abhängigkeit des Betriebszustandes erfolgen, beispielsweise in Abhängigkeit, ob ein normaler Fahrzeugbetrieb vorliegt oder ein Ladevorgang.If the battery 12 circuit 16 is to be separated, the switching devices 40, 42, 44 are first activated via the controller, so that the semiconductor relays 40a, 40b, 42a, 42b, 44a, 44b interrupt the respective current path 18, 26, 34. The switching devices 40, 42, 44 can be actuated depending on the operating state, for example depending on whether the vehicle is operating normally or is being charged.

Sobald die Schaltvorrichtungen 40, 42, 44 aktiviert sind, wird über die Messvorrichtung 38 geprüft, ob im ersten Strompfad 18, im zweiten Strompfad 26 oder am dritten Strompfad 34 weiterhin ein Strom fließt. Ist dies weiterhin der Fall, kann über die Steuervorrichtung 36 die Trennvorrichtung 46 aktiviert werden. Diese weist einen pyrotechnischen Zünder auf, der eine dauerhafte Trennung des Stromkreises 16 von der Fahrzeugbatterie 12 herstellt.As soon as the switching devices 40, 42, 44 are activated, the measuring device 38 checks whether a current is still flowing in the first current path 18, in the second current path 26 or on the third current path 34. If this is still the case, the separating device 46 can be activated via the control device 36 . This has a pyrotechnical igniter that creates a permanent separation of the circuit 16 from the vehicle battery 12 .

Stellt die Messvorrichtung 38 dagegen fest, dass eine Trennung des Stromkreises 16 von der Fahrzeugbatterie 12 erfolgt ist, ist eine Auslösung der Trennvorrichtung 48 nicht erforderlich. Ist die Situation, in der eine Trennung des Stromkreises 16 von der Fahrzeugbatterie 12 gewünscht ist, beendet, können die Schaltvorrichtungen 40, 42, 44 erneut angesteuert und die Halbleiterrelais 40a, 40b, 42a, 42b, 44a, 44b wieder geschlossen werden, um die Stromkreis 16 wieder mit der Fahrzeugbatterie 12 zu verbinden.If, on the other hand, the measuring device 38 establishes that the electric circuit 16 has been disconnected from the vehicle battery 12 , it is not necessary to trigger the disconnecting device 48 . If the situation in which a separation of the circuit 16 from the vehicle battery 12 is desired ended, the switching devices 40, 42, 44 can be controlled again and the semiconductor relays 40a, 40b, 42a, 42b, 44a, 44b are closed again to the Circuit 16 to reconnect to the vehicle battery 12.

Die in 1 gezeigte Sicherheitseinrichtung weist jeweils zwei Halbleiterrelais 40a, 40b, 42a, 42b, 44a, 44b für jede Schaltvorrichtung 40, 42, 44 auf. Damit können Ströme in beide Stromflussrichtungen zuverlässig unterbrochen werden.In the 1 The safety device shown has two semiconductor relays 40a, 40b, 42a, 42b, 44a, 44b for each switching device 40, 42, 44. This means that currents in both current flow directions can be reliably interrupted.

Üblicherweise ist aber im regulären Fahrzeugbetrieb lediglich eine Stromrichtung vorhanden. Ein Ladestrom, der ebenfalls eine feste Stromrichtung aufweist, wird über den dritten Strompfad 34 geleitet. Ist sichergestellt, dass 18, 26, 34 lediglich eine Stromrichtung vorhanden ist, kann jede Schaltvorrichtung 40, 42, 44 auch nur ein Halbleiterrelais 40a, 42a, 44b aufweisen, dass auf die entsprechende Stromrichtung ausgerichtet ist, wodurch der Bauraum zusätzlich reduziert werden kann. Da es innerhalb der Halbleiterrelais 40a, 40b, 42a, 42b, 44a, 44b zu Verlusten kommt, können diese Verluste durch die Reduzierung der Halbleiterrelais 40a, 40b, 42a, 42b, 44a, 44b minimiert werden.Normally, however, only one direction of current is present in regular vehicle operation. A charging current, which also has a fixed current direction, is conducted via the third current path 34 . If it is ensured that 18, 26, 34 only one current direction is present, each switching device 40, 42, 44 can also have only one semiconductor relay 40a, 42a, 44b that is aligned with the corresponding current direction, which means that the installation space can be further reduced. Since losses occur within the semiconductor relays 40a, 40b, 42a, 42b, 44a, 44b, these losses can be minimized by reducing the semiconductor relays 40a, 40b, 42a, 42b, 44a, 44b.

Die Halbleiterrelais 40a, 40b, 42a, 42b, 44a, 44b können beispielsweise MOSFETS (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) aufweisen. Alternativ können die Halbleiterrelais 40a, 40b, 42a, 42b, 44a, 44b auch jeweils Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode aufweisen.The semiconductor relays 40a, 40b, 42a, 42b, 44a, 44b can have, for example, MOSFETS (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor). Alternatively, the semiconductor relays 40a, 40b, 42a, 42b, 44a, 44b can also each have a bipolar transistor with an insulated gate electrode.

Claims (10)

Sicherheitseinrichtung (10) für einen Stromkreis (16), insbesondere für einen Stromkreis (16) in einem Fahrzeug, mit einer Batterie (12) und zumindest einem Verbraucher (14), wobei die Sicherheitseinrichtung (10) im Stromkreis (16) angeordnet werden kann und die Batterie (12) vom Stromkreis (16) trennen kann, mit zumindest einer Schaltvorrichtung (40, 42, 44) zum Unterbrechen des Stromkreises (16), einer Trennvorrichtung (46) zur Unterbrechung des Stromkreises (16) und einer Steuervorrichtung (36) zur Überwachung des Stromkreises (16) und zur Steuerung der zumindest einen Schaltvorrichtung (40, 42, 44) und der Trennvorrichtung (46), dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung (40, 42, 44) jeweils zumindest ein Halbleiterrelais (40a, 40b, 42a, 42b, 44a, 44b) aufweist.Safety device (10) for an electrical circuit (16), in particular for an electrical circuit (16) in a vehicle, with a battery (12) and at least one consumer (14), it being possible for the safety device (10) to be arranged in the electrical circuit (16). and the battery (12) can be separated from the electric circuit (16), with at least one switching device (40, 42, 44) for interrupting the electric circuit (16), a disconnecting device (46) for interrupting the electric circuit (16) and a control device (36 ) to monitor the current circuit (16) and for controlling the at least one switching device (40, 42, 44) and the separating device (46), characterized in that the switching device (40, 42, 44) each have at least one semiconductor relay (40a, 40b, 42a, 42b , 44a, 44b). Sicherungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherheitseinrichtung (10) einen ersten Strompfad (18) aufweist, der einen ersten Anschluss (20) für einen ersten Batteriepol (22) der Batterie (12) und einen ersten Kontakt (24) für den zumindest einen Verbraucher (14) aufweist, wobei eine erste Schaltvorrichtung (40) im ersten Strompfad (18) vorgesehen ist.security device claim 1 , characterized in that the safety device (10) has a first current path (18) which has a first connection (20) for a first battery pole (22) of the battery (12) and a first contact (24) for the at least one consumer ( 14), wherein a first switching device (40) is provided in the first current path (18). Sicherungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherheitseinrichtung (10) einen zweiten Strompfad (26) aufweist, der einen zweiten Anschluss (28) für einen zweiten Batteriepol (30) der Batterie (12) und einen zweiten Kontakt (32) für den zumindest einen Verbraucher (14) aufweist, wobei eine zweite Schaltvorrichtung (42) im zweiten Strompfad (26) vorgesehen ist.Security device according to one of Claims 1 and 2 , characterized in that the safety device (10) has a second current path (26) which has a second connection (28) for a second battery pole (30) of the battery (12) and a second contact (32) for the at least one consumer ( 14), wherein a second switching device (42) is provided in the second current path (26). Sicherungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am ersten Strompfad (18) oder am zweiten Strompfad (26) ein dritter Strompfad (34) für einen Ladestrom vorgesehen ist, wobei eine dritte Schaltvorrichtung (44) im dritten Strompfad (34) vorgesehen ist.Safety device according to one of the preceding claims, characterized in that a third current path (34) for a charging current is provided on the first current path (18) or on the second current path (26), a third switching device (44) being provided in the third current path (34). is. Sicherungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Schaltvorrichtung (40, 42, 44) zwei Halbleiterrelais (40a, 40b, 42a, 42b, 44a, 44b) aufweist.Safety device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one switching device (40, 42, 44) has two semiconductor relays (40a, 40b, 42a, 42b, 44a, 44b). Sicherungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Halbleiterrelais (40a, 40b, 42a, 42b, 44a, 44b) einen Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor aufweist.Security device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one semiconductor relay (40a, 40b, 42a, 42b, 44a, 44b) has a metal-oxide-semiconductor field-effect transistor. Sicherungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Halbleiterrelais (40a, 40b, 42a, 42b, 44a, 44b) einen Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode aufweisen.Safety device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one semiconductor relay (40a, 40b, 42a, 42b, 44a, 44b) has a bipolar transistor with an insulated gate electrode. Sicherungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennvorrichtung (46) eine pyrotechnische Trennvorrichtung ist.Safety device according to one of the preceding claims, characterized in that the separating device (46) is a pyrotechnical separating device. Sicherungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Strommesseinrichtung und/oder eine Spannungsmesseinrichtung vorgesehen sind, wobei die Strommessvorrichtungen und/oder die Spannungsmessvorrichtung mit der Steuereinrichtung (36) verbunden sind.Safety device according to one of the preceding claims, characterized in that a current measuring device and/or a voltage measuring device are provided, the current measuring devices and/or the voltage measuring device being connected to the control device (36). Sicherungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherungseinrichtung ein Gehäuse (66) aufweist.Safety device according to one of the preceding claims, characterized in that the safety device has a housing (66).
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Elektronischer Schalter. In: Wikipedia, Die freie Enzyklopädie. Bearbeitungsstand: 19. Februar 2020 um 15:20 Uhr. URL: https://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Elektronischer_Schalter&oldid=196960947 [abgerufen am 08.12.2022]

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